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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou Faculté de Génie de la Construction Département de Génie Mécanique Mémoire en vue de l’obtention du diplôme de MASTER en génie mécanique Option : construction mécanique Thème Réalisé par : Melle : KHERBOUCHE Souhila Melle : MOUSSAOUI Chafia Devant le jury composé de : Mr. FERHOUM Rabah Enseignant-Chercheur à l’UMMTO Président Mr. OULD OUALI Mohand Enseignant-Chercheur à l’UMMTO Encadreur Mr. ZIANI Hocine Enseignant-Chercheur à l’UMMTO Examinateur Etude et conception d’une imprimante 3D de composites à fibres longues Remerciement : Tout d'abord nous remercions le bon dieu pour nous avoir accordé la santé, et la volonté pour faire cet humble travail. Non adressons nos remerciement, les plus vifs, et nos respects aux personnes qui ont aidé dans la réalisation de ce mémoire. En premier lieu nous remercions Mr Ould Ouali professeur à l’université d’UMMTO, pour avoir accepté de nous encadrer, afin de mener à bien cette étude, et pour les orientations et les conseils que nous a guidé dans notre travail et nous a aidés à trouver des solutions pour avancer. Nos remerciements vont également au président et aux examinateurs qui ont consentis à juger notre travail. Nous ne pourrons jamais remercier notre chère famille pour nous toujours encouragé et enseigné le goût du savoir et ambition. Nous remercierons également toute la famille enseignante que nous ont formés toutes ces années ainsi que tous ceux qui ont contribué de près ou de loin pour réaliser ce travail. Dédicace : Je dédie mon travail : A celle qui m’a inséré le goût de la vie et le sens de la responsabilité...ma mère Chibahe Noura. Celui qui a été toujours la source d’inspiration et de courage….mon Cher père Djafar. A mon chers frères : walid A mes sœurs : Sadjia et son mari SadjiArafe et ses enfant silas, hocine Fadhila et son mari Moulod et ses enfant mahmoud, ayain Liza, Rzika A mes meilleur amis : lamia, mon binomeSouhila Et celui qui m’a encouragé Naim et tous mes amis et tous ceux qui m’ont aidés Chafia Dédicace: Je dédie ce travail : A mes chers parents bien aimés. A mes sœurs et mon frère. A toute ma famille. A mon binôme et toute sa famille. A tous mes amis. A toute la promotion 2020/2021. A tous ceux qui me connaissent. Souhila Table de matière : Introduction générale .........................................................................................................................1 Chapitre 1 : généralités .......................................................................................................................3 1.1 Introduction: .......................................................................................................................4 1.2 Définition: ...........................................................................................................................4 1.3 Historique : ..........................................................................................................................5 1.4 Domaines d’application: [4] .................................................................................................6 1.4.1 Le prototypage rapide : ................................................................................................6 1.4.2 Impression 3D en médecine: ........................................................................................8 1.4.2.1 Les implants dentaires: ............................................................................................9 1.4.2.2 La transplantation d'organes ....................................................................................9 1.4.3 L’automobile: ............................................................................................................. 10 1.4.4 L’aéronautique, l’aérospatiale et la défense : ............................................................. 11 1.4.5 L'architecture et le Design : ........................................................................................ 11 1.4.6 L'éducation : .............................................................................................................. 12 1.4.7 La nourriture 3D (ou le « food-printing ») ................................................................... 12 1.4.8 Accessoires ................................................................................................................ 13 1.4.9 Domaine concernés ................................................................................................... 13 1.5 Les différents procédés de prototypage rapide 3D ............................................................. 14 1.5.1 La Stéréo-lithographie (SLA) : ..................................................................................... 14 1.5.2 Impression par Dépôt de Fil (FDM) : ........................................................................... 14 1.5.3 Frittage laser sélectif (SLS) « selective laser sintering » : ............................................. 14 1.5.4 Fusion laser sélective (SLM) « selective laser melting »: ............................................. 15 1.5.5 Fabrication d’objets laminés (LOM) « laminated object manufacturing » ou« sheet lamination »: ............................................................................................................................. 15 1.5.6 Photopolymérisation (DLP) : ...................................................................................... 15 1.5.7 Projection de Liant « Binder Jetting » : ....................................................................... 15 1.5.8 Triple injection (Polyjet) : ........................................................................................... 16 1.5.9 Fusion par faisceau d'électrons (EBM) : ...................................................................... 16 1.5.10 Laminage par dépôt sélectif (SDL) : ............................................................................ 16 1.6 La Fabrication Additive (FA ou Impression 3D) ................................................................... 16 1.6.1 Les avantages de la technologie ................................................................................. 17 1.6.2 FDM « fused deposition modeling »: .......................................................................... 17 1.7 Matériau ........................................................................................................................... 19 1.7.1 ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène): ....................................................................... 19 1.7.2 Plastique : .................................................................................................................. 20 1.7.3 Nylon ......................................................................................................................... 21 1.8 Matériau composite .......................................................................................................... 22 1.8.1 Les fibres courtes : ..................................................................................................... 23 1.8.2 Les fibres longues :..................................................................................................... 23 1.9 Technologie d’impression 3D composite FDM : .................................................................. 24 1.9.1 Fonctionnement de l’imprimante: ............................................................................. 24 1.10 Machine-outil à commande numérique : ........................................................................... 25 1.10.1 Partie commande : ..................................................................................................... 25 1.10.2 Commandes G-code: .................................................................................................. 26 1.10.2.1 G-code quelle est sa fonction en impression 3D ................................................. 26 1.10.2.2 Les composants d’un G-code: ............................................................................. 27 1.10.3 Quelques G-codes utiles: ........................................................................................... 27 1.10.4 Quelques M-codes: .................................................................................................... 27 1.11 Conclusion : ....................................................................................................................... 28 Chapitre 2 : technologie, étude et conception ................................................................................... 29 2.1 Introduction : .................................................................................................................... 30 2.2 Cahier de charge: ............................................................................................................... 30 2.3 Les Filament: ..................................................................................................................... 31 2.3.1 Filament PLA: ............................................................................................................. 31 2.3.2 Fibre de carbone: ....................................................................................................... 31 2.4 Les supports: ..................................................................................................................... 32 2.5 Choix de moteurs: ............................................................................................................. 35 2.5.1 Moteurs linéaires: ...................................................................................................... 35 2.5.2 Moteur à réluctance variable ..................................................................................... 35 2.5.3 Moteur Électrique synchrone ..................................................................................... 35 2.5.4 Moteur pas à pas ....................................................................................................... 36 2.5.4.1 Comparaison des trois de moteurs pas à pas: ......................................................... 36 2.6 La table chauffante: ........................................................................................................... 37 2.7 L'extrudeuse: ..................................................................................................................... 38 2.7.1 Composants de l’extrudeuse. ..................................................................................... 39 2.8 La cinématique de l’imprimante 3d:................................................................................... 41 2.8.1 Axe X, Y, courroie, pignon : ........................................................................................ 42 2.8.2 Axe z (la tige) : ........................................................................................................... 42 2.8.3 Contrôle de L’extrudeuse : ......................................................................................... 43 2.9 Systèmes de transmission: ................................................................................................. 44 2.10 Système de fixation: .......................................................................................................... 45 2.11 Logiciel de conception SolidWorks 2014 : .......................................................................... 45 2.12 Justification du choix des pièces: ....................................................................................... 46 2.13 L’assemblage ..................................................................................................................... 54 2.14 Justification du choix des matériaux .................................................................................. 55 2.15 Arduino ............................................................................................................................. 57 2.15.1 Arduino Mega 2560 : ................................................................................................. 58 2.15.1.1 Spécifications techniques de la carte Arduino Mega 2560 .................................. 58 2.15.1.2 Comment utiliser les cartes Arduino ? ................................................................ 59 2.16 Conclusion : ....................................................................................................................... 59 Chapitre 3 : Commande logiciel de l’imprimante 3D .......................................................................... 60 3.1 Introduction : .................................................................................................................... 61 3.2 Marlin firmware :............................................................................................................... 61 3.2.1 Caractéristiques principales ....................................................................................... 62 3.2.2 Configuration : .......................................................................................................... 62 3.3 Logiciel de tranchement « Simplify3D »: ............................................................................ 75 3.3.1 Pratique avec Simplify3D :.......................................................................................... 75 3.3.2 Fichiers de modèle 3D (STL) : ..................................................................................... 83 3.3.3 Manipulation de modèle 3D ....................................................................................... 83 3.3.4 Fichiers FFF: comment votre modèle sera imprimé .................................................... 84 3.3.5 Fichiers toolpath : Instructions pour l’imprimante : .................................................... 85 3.3.6 Impression de plusieurs pièces avec l’assistant double Extrusion : ............................. 85 3.3.7 Utilisation de la mise à niveau automatique du lit dans simplifier 3D : ....................... 87 3.3.8 Comment ajouter des Supports.................................................................................. 88 3.3.8.1 Comment modifier l’endroit où le matériel de Support est placé ............................ 89 3.3.9 Génération de G-code : .............................................................................................. 90 3.3.9.1 Les 10 commandes G-Code les plus courantes pour l'impression 3D....................... 91 3.4 Envoyer / modifier des commandes G-Code ...................................................................... 95 3.5 Un processus simplifié ....................................................................................................... 95 3.6 Application à une pièce avec support : ............................................................................... 98 3.6.1 Choix de la géométrie (fichier Stl) : ............................................................................. 98 3.6.2 Analyse de la pièce avec Simplify3D : ........................................................................ 99 3.6.3 Code généré par Simplify3D : ................................................................................... 100 3.7 Conclusion : ..................................................................................................................... 101 Conclusion générale ........................................................................................................................ 102 Dessin industriel ............................................................................................................................. 111 Liste des figures : Figure 1 : exemple d’une imprimante 3d .............................................................................................4 Figure 2 : historique de l’imprimante 3D .............................................................................................5 Figure 3:exemple d'objet complexe produit par prototypage rapide. ..................................................8 Figure 4: Exemple de valve artificielle pour le cœur humain. ............................................................. 10 Figure 5 : exemple de pare-chocs et de tableau de bord imprimés en 3D .......................................... 11 Figure 6 : Exemple de série de maquettes d’études architecturales................................................... 12 Figure 7: exemple d'un accessoire réalisé par une imprimante 3D..................................................... 13 Figure 8: Représentation du FDM ...................................................................................................... 18 Figure 9: composites ......................................................................................................................... 22 Figure 10: les fibres courtes .............................................................................................................. 23 Figure 11: les fibres longues .............................................................................................................. 23 Figure 12: principe général de fabrication additive par couche. ......................................................... 25 Figure 13: fonction originale d’une commande numérique ............................................................... 26 Figure 14: surplombs et ponts illustrés avec l’exemple classique des lettres Y, H et T. ....................... 33 Figure 15: Y et H imprimés en FDM avec support. ............................................................................. 33 Figure 16: Les ponts plus longs que 5mm peuvent être imprimés avec support d'impression 3D. Notez comment ils sont gonflés et déformés. ............................................................................................. 34 Figure 17: moteur pas à pas. ............................................................................................................. 36 Figure 18: les composantes de l'extrudeuse ...................................................................................... 39 Figure 19: schématisation de la buse................................................................................................. 40 Figure 20:Axe X, Y, courroie, poulie ................................................................................................... 42 Figure 21: Axe z moteur, tige ............................................................................................................ 43 Figure 22 : controle de l’extrudeuse .................................................................................................. 43 Figure 23: poulies et courroie............................................................................................................ 44 Figure 24: Tige filetée ....................................................................................................................... 44 Figure 25: vis de fixation ................................................................................................................... 45 Figure 26: le cache et la base ............................................................................................................ 46 Figure 27: La porte glissière verticale ................................................................................................ 47 Figure 28: porte glissière ................................................................................................................... 47 Figure 29: Porte moteur .................................................................................................................... 48 Figure 30: Coupleur .......................................................................................................................... 49 Figure 31: porte table ....................................................................................................................... 49 Figure 32: plaque dentée et porte courroie ....................................................................................... 50 Figure 33: glissière et arbre fileté ...................................................................................................... 51 Figure 34: le lit chauffant, la couche isolante et la table .................................................................... 52 Figure 35: La bobine et Tige de bobine .............................................................................................. 53 Figure 36: support extrudeuse .......................................................................................................... 53 Figure 37: l'assemblage final de l'imprimante 3D .............................................................................. 54 Figure 38: Représentation de la Carte uploads/Geographie/ kherbouche-souhila-moussaoui-chafia.pdf